第一章 受力特点及结构体系

三
多种变形影响
结构构件在外力作用下产生的位移， 包括弯曲变形、轴向变形和剪切变形三部分。 在多层结构的分析中，一般可忽略轴向和剪 切项的影响。
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第三节
一 二 三 四
框架结构
定义及分类 构件布置及尺寸 变形类型 适用范围及优缺点
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第三节
框架结构
一
定义及分类
（一）定义 由梁、柱构件组成的空间刚结杆系结构 称为框架结构。 一般情况下梁、柱节点被认为是刚性节 点，其在外力作用下，节点可发生移动和转 动，但梁柱夹角保持90°不变，节点可传递 M、N、V，使梁柱整体受力。 （二）构件划分 根据对框架结构整体的重要程度，可分 为：①节点（要害部位）、②柱、③梁
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第三节
框架结构
二
构件布置及尺寸
▲ 一般荷载情况下，梁的截面高度可按其 （1/8～1/12）计算跨度确定，不小于 400mm，也不应大于1/4净跨； ▲梁的截面宽度不宜小于其高度的 1/4，也 不应小于200mm，不小于柱宽的1/2。 2.柱截面尺寸 一般可根据柱支承的楼面面积计算由竖 向荷载产生的轴力计算值N（荷载分项系数 可取1.25）及混凝土轴心抗压强度设计值fc 按下式估算： 返回
高层建筑结构设计
主讲：
刘源
第一章 受力特点及结构体系
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 结构受力特点 框架结构 剪力墙结构 框架一剪力墙结构 筒体结构
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况 二 高层建筑的结构类型 三 高层建筑结构体系
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
现代高层建筑是随着社会生产的发展和 人们生活的需要而发展起来的，是商业化、 工业化和城市化的结果。 一方面城市人口集中、用地紧张、地价 高涨促使了建筑向高空发展；另一方面技术 的进步又为高层建筑的发展提供了保证。 ▲ 施工机械、施工技术、新材料、新的设计 方法和手段； ▲ 城市化水平、地价、竞争； ▲ 防灾手段进步，交通设备完备。
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第四节
剪力墙结构
二
构件布置及尺寸
框支剪力墙： 结构上部各层采用剪力墙结构，结构底 部一层或几层采用框—剪结构或框—筒结构 为了防止刚度突变引起破坏，框支层的 楼层侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧 向刚度的50％，框支层落地剪力墙间距不宜 大于24m。 ☆不落地框支结构在震区不允许采用。 ☆9度区不应采用。
第三节
框架结构
二
构件布置及尺寸
梁柱布置时注意点： ▲ 梁、柱轴线宜重合于同一平面内，否则， 其偏心宜不大于与梁相垂直的柱截面边长的 1/4； ▲ 框架梁应直接支承在柱上，如果不得已 也可梁搭梁，但该节点为铰结。
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第三节
框架结构
二
构件布置及尺寸
（二）构件尺寸 框架梁、柱截面尺寸应由承载力及抗侧 刚度要求决定，但在内力、位移计算之前， 一般应先估算其截面，满足构造要求，然后 通过承载力及变形验算最后确定。 1.梁截面尺寸 ▲ 框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载的 大小、跨度、抗震设防烈度等综合考虑确定；
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
框架—剪力墙结构 ：在 框架结构中设置部分剪 力墙，使框架和剪力墙 两者结合起来，取长补 短，共同抵抗水平荷载， 就组成了框架—剪力墙 结构体系。如果把剪力 墙布置成筒体，又可称 为框架—筒体结构体系。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
筒中筒结构：由内外两个筒体组成的结 构，外部为框筒内部为实腹筒。
第三节
框架结构
二
构件布置及尺寸
▲ 无地震作用组合时 Ac≥（1.05～1.1）N/ fc ▲有地震作用组合时
抗震等级 一级 二级 三级 外柱 Ac≥ 1.4N/0.7 fc Ac≥ 1.3N/0.8 fc Ac≥ 1.2N/0.9 fc 内柱 Ac≥ 1.3N/0.7 fc Ac≥ 1.2N/0.8 fc Ac≥ 1.1N/0.9 fc
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
（三）高层建筑的发展方向 ▲多功能、多用途； ▲ 体型复杂； ▲ 结构体系多样化。 （四）高层建筑的划分 高层建筑是相对而言的，在国际上至今 尚无统一的划分标准，在不同国家，不同时 期，其规定也不同：
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
美国：高度在22～25m以上或7层以上建 筑为高层建筑； 日本：高度在31m以上或8层以上建筑为 高层建筑； 中国：住宅10层及以上为高层建筑，其他 民用建筑高度超过24m为高层建筑。 GB50096-1999: 低层住宅1～3层； 多层住宅4～6层； 中高层住宅7～9层； 高层住宅10层及以上；
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第三节
框架结构
三
变形类型
由于控制框架侧移刚度的梁、柱截面尺 寸较小，故属柔性结构。 在水平荷载的作用下，结构的侧移曲线 分为剪切型与弯曲型两种。
剪切型 弯曲型
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第三节
框架结构
三
变形类型
剪切型—由梁、柱弯曲变形产生的侧 移，类似悬臂构件。 弯曲型—由柱的轴向变形所引起的侧 移。 框架结构变形属于剪切型类型。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
结构体系是指结构抵抗外部作用的构件 组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力成为 设计的主要矛盾，因此抗侧力结构体系的确 定和设计成为结构设计的关键问题。高层建 筑常用的结构体系有： 框架结构 剪力墙结构 框架—剪力墙结构 筒中筒结构 框架—筒体结构 框筒结构 巨型框架结构 巨型桁架结构 悬挂结构
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第三节
框架结构
四
适用范围及优缺点
（一）适用范围（最大高度m）
6度 60 7度 55 8度 45 9度 25
（二）优缺点 优点：空间大、延性好、造价低。 缺点：承载力低、刚度小、侧移大、缺 少二道防线。
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第四节
一 二 三 四
剪力墙结构
定义及抗震性能 构件布置及尺寸 变形类型 适用范围及优缺点
二
构件布置及尺寸
在具有正交轴线的柱网中，通常可形成 很明确的两个方向的框架，矩形平面长向为 纵向，短向为横向。对承受竖向荷载，由于 楼板布置方式不同，有主要承重框架和次要 承重框架之分。 对承受水平荷载而言，两个方向的框架 分别抵抗与框架方向平行的水平荷载。在非 地震区，矩形平面纵向受风面积小，而纵向 刚度较横向大，可将纵向梁视为连续梁（排 架）。在地震区，双向均系框架梁，且截面 返回 高度不能过小。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
巨型桁架结构：由巨型斜 杆组成巨型桁架，作为高 层建筑的主体结构。
中国银行大厦
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
悬挂结构：以核心筒、 钢架等为主要承重结构， 将水平构件通过吊索悬 挂其上的结构。
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第二节
结构受力特点
一 水平荷载影响 二 整体工作特性 三 多种变形影响
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第四节
剪力墙结构
一
定义及抗震性能
（一 ）定义 空间钢筋混凝土板系结构，其墙体既能 承受竖向荷载，也抵抗水平荷载。 剪力墙又叫抗震墙。由于整体性强、侧 移小，故具有较高的抗震能力，属刚性结构。 （二）抗震性能 剪力墙结构具有多道防线，在遭遇地震 时，连梁为第一道防线，消耗一部分地震能 量，连梁破坏后，墙肢作为第二道防线继续 抵抗地震力。
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第一节
概述
二 高层建筑的结构类型
目前钢和钢筋混凝土两种材料都是建造高层 建筑的重要材料，他们有着不同的特点。如何正确 选用材料，充分利用其优点、克服弱点，就成为经 济合理建造高层建筑的一个重要方面。
钢材强度高、韧性大、易于加工；高层钢结构
具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点；钢 结构构件可在工厂加工，能缩短现场施工工期，施 工方使。但是高层钢结构用钢量大，造价很高，而 且钢材耐火性能不好，需要用大量防火涂料，增加 了工期和造价。在发达国家，大多数高层建筑采用 钢结构。
பைடு நூலகம்
第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
▲ ▲ ▲
新的设计方法引进； 新结构体系引进： 资金投入。 金茂大厦 上海环球金融中心 深圳地王大厦 香港中环广场 香港国际金融中心 九龙站第7期
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
（二）国外高层建筑的发展 国外高层建筑的发展经历了三个阶段： ▲19世纪中期之前，一般只能建6层左右的建 筑； ▲ 20世纪50年代高381m的帝国大厦建成， 标志着现代高层建筑的开始； ▲ 20世纪50年代后高层建筑发展加快。 西尔斯大厦 世界贸易中心 石油大厦 自由之塔
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
框架—筒体结构：在框架结构中设置部 分筒体结构，使框架和筒体两者结合起 来。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
框筒结构 ：在实腹筒的墙体上开出许多规 则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
巨型框架结构：利用筒体作 为柱子，在各筒体之间每隔 数层用巨形梁相连，筒体和 巨形梁即形成巨形框架。
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第二节
结构受力特点
二
整体工作特性
高层建筑结构的整体工作特性，主要是 由各层楼板作用的结果，一般都假定其在自 身平面内只有刚体位移，不改变形状，并不 考虑平面外的刚度。故各抗侧结构都要受到 楼板刚体位移的制约，即所谓的位移协调。 因此，各抗侧结构按抗侧刚度的大小分 配水平力。
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第二节
结构受力特点
第二节
结构受力特点
一
水平荷载影响
由此可见，高层结构中抗侧力的设计 是个关键，水平荷载是决定因素，而侧移 是控制指标。 返回
第二节
结构受力特点
一
水平荷载影响
控制侧移的原因： ▲ 过大的侧向变形会使人不舒服，影响使 用； ▲ 过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出 现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形； ▲ 过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝， 甚至损坏。 ▲ 过大的侧向变形会使结构产生附加内力， 甚至引起倒塌。
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第一节
概述
二 高层建筑的结构类型
钢筋混凝土结构造价较低，且材料来源丰 富，并可浇注成各种复杂断面形状，还可以 组成多种结构体系；可节省钢材，承载能力 也不低，经过合理设计，可获得较好的抗震 性能。因而，在发展中国家，大都采用钢筋 混凝土建造高层建筑。 钢结构 钢筋混凝土结构 劲性钢筋混凝土结构 组合结构
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
框架结构：由梁、柱构 件组成的结构称为框架。 框架结构的特点是建筑 平面布置灵活，可以做 成有较大空间的会议室、 营业室、教室等。需要 时，可用隔断分隔成小 房间，因而使用灵活。
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第一节
概述
三 高层建筑结构体系
剪力墙结构：利用建筑物 墙体作为承受竖向荷载、 抵抗水平荷裁的结构，称 为剪力墙结构体系。
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第三节
框架结构
二
构件布置及尺寸
（一）构件布置 首先确定柱网，即确定柱距和柱跨， 柱网布置必须满足建筑平面及使用要求，同 时结构应合理。一般尽量采用规则而简单的 形状。 柱网要符合模数要求，且每个楼层的 柱网应尽量相同。柱网尺寸一般以6～8m为 宜，可结合不同的建筑调整尺寸。
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第三节
框架结构
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第四节
剪力墙结构
二
构件布置及尺寸
（一）构件布置 ☆ 剪力墙应双向布置； ☆ 沿建筑物整个高度剪力墙应贯通，上下 不错层、不中断、门窗洞口应对齐； ☆ 较长的剪力墙宜开设洞口，将一道剪力 墙分成长度较均匀的几段，洞口连梁的跨高 比宜大于6，各墙段的高宽比不应小于2。 ☆ 对底部为大空间的剪力墙结构，底部的 部分剪力墙做成框支剪力墙，底部另一部分 剪力墙做成落地剪力墙。间距一般3~8m。
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第二节
结构受力特点
一
水平荷载影响
在低层结构中，水平荷载产生的内力和 位移很小，通常可以忽略；在多层结构中， 水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大；而 到高层建筑中，水平荷载和地震作用将成 为控制因素。 对于高层结构，可将其简化为一下端固 定的悬臂杆件，其荷载效应如图所示： ▲轴力与结构高度成线性比例； ▲弯矩与结构高度成二次方关系； 返回 ▲侧移与结构高度成四次方关系。
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第一节
概述
一 高层建筑的发展概况
（一）国内高层建筑的发展 国内最早的高层建筑主要是一些寺、塔， 大都采用木结构或砖结构。如建于公元524年 的河南嵩山寺塔，为砖砌单筒结构；建于公 元1056年的山西应县木塔，为一内外两环柱 网结构。 近代中国高层建筑的发展经历了一个从缓 慢到迅速的过程，特别是改革开放的深入， 外商投资的增多，加快了我国高层建筑的发 展。表现在： 返回
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第二节
结构受力特点
二
整体工作特性
高层建筑结构在水平荷载作用下，楼层 的总水平力是已知的，但这水平力如何分配 到各片框架、各片剪力墙却是未知的。由于 各片抗侧力结构的刚度、形式不相同，变形 特征也不一样，所以不能像一般结构简单地 按受荷面积大小分配，否则，会使抗侧刚度 小的结构所分配的水平力过大，偏于不安全。 应整体考虑。